一種用於脈衝電流測量的柔性羅氏線圈的製作方法

2023-09-19 06:48:35 1

專利名稱：一種用於脈衝電流測量的柔性羅氏線圈的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於脈衝電流測量的柔性羅氏線圈，尤其涉及雷電流的測量，屬於電 工領域高壓測量技術。
背景技術：
衝擊電流的測量歷來是一項比較困難的事，如實際生產中對雷電流的測量就很複雜， 目前對雷電流測量主要採用分流器和羅氏線圈作為電流傳感器。分流器儘管具有精度高、 響應頻帶寬的優點，但是由於它串聯在被測迴路中，與後續測量設備沒有電氣隔離，當被 測電流較大時會威脅到精密設備和試驗人員的安全。另一種方法一般採用羅氏線圈將雷電 流感應為線圈上的電壓信號，再對信號進行無源積分獲得雷電流的信號，然後進二步採樣 處理等後續工作。羅氏線圈利用電磁感應定律，通過磁場耦合的方式，將被測電流感應成 電壓信號，並與源電流成微分關係，再對該電壓信號進行積分處理後就可以得到被測電流 的波形。由於羅氏線圈與被測導體之間通過磁場耦合，實現了源副方的隔離，對低壓側設 備和人員的安全不會造成危害。同時，羅氏線圈的骨架材料中不含鐵磁材料，測量較大電 流時不會出現飽和現象，在其測量範圍內具有良好的線性度。基於上述特點可知羅氏線圈 適合用來作為測量雷電流的傳感器。
圖1所示為傳統的硬性羅氏線圈示意圖。圖1中'，1是載流導體，穿過羅氏線圈，2 是硬性羅氏線圈的金屬外殼，為一閉合體，3是為了屏蔽外界幹擾而設置的金屬屏蔽層， 4是埋在外殼2內的線圈硬質骨架，通常為環氧樹脂材料，5為繞在骨架上的線圈，6為 線圈回線， 一般是在骨架上刻上一環形槽，再將導線埋入其中，7為積分器。該羅氏線圈 利用電磁感應定律，流過載流導體的脈衝電流會在羅氏線圈上感應電壓信號，該信號經過 積分器7進行積分後，得到的電壓信號與載流導體中的電流成正比。
上述已有硬性羅氏線圈的缺點是外殼閉合，載流導體必須穿過線圈，因此在有些使用 場合會帶來不便而受到限制。

發明內容
本發明的目的是提出一種用於脈衝電流測量的柔性羅氏線圈，改變已有羅氏線圈的結
構和所用材料，以使其在工作條件惡劣溫度變化範圍較大的工作環境下方便使用。
本發明提出的用於脈衝電流測量的柔性羅氏線圈，包括套管、金屬屏蔽層、柔性骨 架、線圈、導電芯線和積分器。套管、金屬屏蔽層和柔性骨架依次由外向內同心相對固定 成為圓環，在圓環的一側為一開口。線圈繞在柔性骨架上，導電芯線埋在柔性骨架中，線 圈的一端與積分器的一端相連接，線圈的另一端通過柔性骨架中的導電芯線與積分器的另 一端相連接。
上述柔性羅氏線圈中的套管，可以由熱縮材料製成。
上述柔性羅氏線圈中的柔性骨架，可以由軟性絕緣材料製成，例如由矽橡膠製成。 上述柔性羅氏線圈中的積分器，可以由成T形連接的電阻和電容組成。 本發明提出的用於脈衝電流測量的柔性羅氏線圈，其優點是將以前硬性的套管和線圈 骨架改進成為軟性結構，柔性線圈設計成開口式，首末端通過接插件進行連接，從而使羅 氏線圈具有良好的柔韌性，易於安裝與拆卸，精巧輕便，安裝十分方便簡單，適用於野外
使用，與已有的硬性羅氏線圈相比，大大擴展了羅氏線圈的應用範圍。 '


圖1是已有的硬性羅氏線圈的結構示意圖。 圖2是本發明提出的柔性線圈的結構示意圖。
圖3是本發明柔性線圈中積分器的電路原理圖。
圖1和圖2中，l是載流導體，2是金屬外殼，3是金屬屏蔽層，4是硬質骨架，5是 繞在骨架上的線圈，6是線圈回線，7是積分器，8是熱縮套管，9是柔性骨架，10是導 電芯線，作為線圈回線使用。
具體實施方法
技術領域：
本發明提出的用於脈衝電流測量的柔性羅氏線圈，其結構如圖2所示，包括套管8、 金屬屏蔽層3、柔性骨架9、線圈5、導電芯線10和積分器7。套管8、金屬屏蔽層3和 柔性骨架9依次由外向內同心相對固定成為圓環，在圓環的一側為一開口。線圈5繞在柔 性骨架9上，導電芯線10埋在柔性骨架9中，線圈5的一端與積分器7的一端相連接， 線圈5的另一端通過柔性骨架9中的導電芯線10與積分器7的另一端相連接。
上述柔性羅氏線圈中的套管可以由熱縮材料製成。
上述柔性羅氏線圈中的柔性骨架可以由軟性絕緣材料製成。
上述柔性羅氏線圈中的積分器，為^無源積分器，由成T形連接的電阻和電容組成， 其電路圖如圖3所示。
本發明根據被測脈衝電流的特點，設計了一種寬頻帶、寬動態範圍的柔性羅氏線圈， 便於安裝與拆卸，後續處理電路簡單可靠。圖2所示的柔性羅氏線圈中，8為用來保護 線圈並起絕緣作用的熱縮套管，可以從市場上的普通化工商店購買，9是柔性羅氏線圈的 骨架，本發明的一個實施例中，採用矽橡膠電纜作為線圈的骨架，10是矽橡膠電纜的導 電芯線，此時作為柔性羅氏線圈的回線。柔性線圈設計成開口式，首末端通過接插件進行 連接，以方便使用。使羅氏柔性線圈首末端相連的接插件可以使用由法國安普公司生產的 BNC型接口。
本發明提出的用於脈衝電流測量的柔性羅氏線圈，選擇了合適的支撐骨架材料。雷電 流測量裝置通常安裝在戶外，工作條件比較惡劣，溫度變化範圍較大，所以骨架材料應選 取溫度特性較好的材料，本發明中採用矽橡膠作為羅氏線圈的骨架材料。矽橡膠具有耐高 溫、耐高壓、防水、防腐等性能，可以工作在一60'C + 180'C。本發明的一個實施例中， 採用矽橡膠電纜作為柔性骨架，不僅具有良好的柔韌性，易於安裝與拆卸，還可以利用電 纜的芯線作為羅氏線圈的回線。
本發明的羅氏線圈，必須選擇合適的線圈參數。根據被測電流的幅值和頻率，需要對 羅氏線圈的參數進行計算，如骨架的外徑和長度，繞線的線徑和匝數等。本發明的一個實 施例中，將線徑為O. l—O. 5mra的漆包銅線均勻密繞在外徑為0.1 — 1.0mra的矽橡膠電纜上， 在線圈的末端把漆包線與電纜的芯線焊接在一起。在線圈的首端電纜的芯線和漆包線則作 為線圈的輸出端與屏蔽電纜相連接。為了保護纏繞在骨架上的漆包線，可以在線圈的外層 套上一層熱縮套管，並在線圈的首末端安裝合適的橡膠接頭以形成環路。利用矽橡膠電纜 的芯線作為線圈的回線，還可以抵消垂直線圈方向磁場對測量結果的影響；外界的快速變 化電壓會通過雜散電容耦合的方式在羅氏線圈的輸出上疊加高頻振蕩，在線圈的外層繞上 一層銅箔可以有效降低振蕩幅值，但是相鄰銅箔之間應留有足夠的間隙，否則屏蔽層中的 環流會削弱有用磁場，另外銅箔應與線圈的某一輸出端相連作為信號地線；為了減少外界
磁場對信號傳輸迴路的千擾，傳輸電纜應採用雙絞屏蔽線。
為了得到與被測電流成比例的波形，還需要對羅氏線圈的輸出電壓信號進行積分處 理。本發明中羅氏線圈工作在外積分狀態，所以採用了由電阻和電容構成的無源積分電路，
其中電阻須保證無感，電容則應該洩漏電流小，溫度穩定性高。為了實現積分功能，電阻 值R和電容值C的乘積應遠大於被積信號的周期。無源積分電路原理圖如圖3所示。
權利要求
1、 一種用於脈衝電流測量的柔性羅氏線圈，其特徵在於該羅氏線豳包括套管、金 屬屏蔽層、柔性骨架、線圈、導電芯線和積分器；所述的套管、金屬屏蔽層和柔性骨架依 次由外向內同心相對固定成為圓環，在圓環的一側為一開口；所述的線圈繞在柔性骨架上， 所述的導電芯線埋在柔性骨架中，線圈的一端與積分器的一端相連接，線圈的另一端通過 柔性骨架中的導電芯線與積分器的另一端相連接。
2、 如權利要求l所述的柔性羅氏線圈，其特徵在於其中所述的套管由熱縮材料製成。
3、 如權利要求1所述的柔性羅氏線圈，其特徵在於其中所述的柔性骨架由軟性絕緣 材料製成。
4、 如權利要求1所述的柔性羅氏線圈，其特徵在於其中所述的柔性骨架由矽橡膠製 成。
5、 如權利要求1所述的柔性羅氏線圈，其特徵在於其中所述的積分器由成T形連接 的電阻和電容組成。
全文摘要
本發明涉及一種用於脈衝電流測量的柔性羅氏線圈，屬於電工領域高壓測量技術。包括套管、金屬屏蔽層、柔性骨架、線圈、導電芯線和積分器。套管、金屬屏蔽層和柔性骨架依次由外向內同心相對固定成為圓環，在圓環的一側為一開口。線圈繞在柔性骨架上，導電芯線埋在柔性骨架中，線圈與積分器相連接。本發明的柔性羅氏線圈，將以前硬性的套管和線圈骨架改進成為軟性結構，柔性線圈設計成開口式，首末端通過接插件進行連接，從而使羅氏線圈具有良好的柔韌性，易於安裝與拆卸，精巧輕便，安裝十分方便簡單，適用於野外使用，與已有的硬性羅氏線圈相比，大大擴展了羅氏線圈的應用範圍。
文檔編號G01R15/18GK101122619SQ20071012179
公開日2008年2月13日 申請日期2007年9月14日 優先權日2007年9月14日
發明者何金良, 俊 劉, 輝 王, 陳水明 申請人:清華大學